ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ОБЩАЯ Введение в биоэнергетику из "Биохимия сельскохозяйственных растений" Обмен веществ ъ растениях неразрывно связан с обменом энергии. Изучением процессов обмена энергии в живых организмах занимается раздел биохимии, который называют биоэнергетикой. [c.15] Биоэнергетика дает ответы ка вопросы о количестве энергии, выделившейся и использованной организмом при течении той или иной биохимической реакции или в том или ином биохимическом процессе, о количестве энергии, необходимом для синтетических реакций, о взаимных превращениях энергии в живых организмах и о возможности осуществления тех или иных реакций или процессов. Все эти сведения позволяют более глубоко понять существо биохимических процессов, сущность жизненных явлений. [c.15] В настоящем разделе кратко рассмотрены общие принципы, которые лежат в основе обмена энергии в живых организмах. [c.15] Большинства химических реакций, осуществляемых в лабораториях или на химических заводах, идет при высоких температурах, а часто при высокой кислотности или щелочности среды. Это наблюдается при окислении органических веществ, гидролизе крахмала или белков, синтетическом получении спирта, синтезе аммиака из молекулярного азота и водорода и во -многих других процессах. Во всех таких реакциях для разрыва химических связей или для образования новых связей, новых соединений необходима подача извне энергии, часто в виде тепловой энергии. А если во время подобной реакции выделяется энергия, то в большинстве случаев это также тепловая энергия. [c.15] В отличие от этого аналогичные биохимические реакции в живых организмах проходят при невысоких температурах (от О до 40°) в среде, близкой к нейтральной, причем эти реакции часто протекаюд так же быстро, как и химические реакции, осуществляемые в лабораториях. [c.15] Биохимические реакции в живых организмах подчиняются законам химии и физики и принципам химической термодинамики, науке о взаимосвязи между химической и другими формами энергии тепловой, электрической, лучистой, механической и т. д. [c.16] Существует два основных закона термодинамики. Первый— закон сохранения энергии. Согласно ему различные виды энергии могут превращаться друг в друга, но общее количество энергии остается величиной постоянной. Общее количество энергии в какой-либо системе может увеличиться или уменьшиться за счет энергии окружающей среды. [c.16] Замкнутой называют систему, которая не обменивается энергией с окружающей средой. Для изучения превращения химической энергии в замкнутой системе можно использовать изолированный сосуд, не поглощающий тепла и не отдающий его во внешнюю среду. Для этой цели в биохи.мических и физиологических исследованиях широко применяют различные типы калори.метров. [c.16] Хотя при превращениях энергии в замкнутой системе общая энергия ее не изменяется, самопроизвольный переход одной формы энергии в другую, согласно второму закону термо-дина.мики, всегда связан с уменьшением способности производить работу или, другими словами, с уменьшением свободной энергии системы. [c.16] Увеличение свободной энергии не замкнутой, открытой системы происходит вследствие притока энергии извне. Например, при фотосинтезе, за счет энергии солнечных лучей, в клетках растений идет синтез сложных органических веществ с большим запасом энергии, чем у совокупности тех простых веществ, которые используются для синтеза. [c.16] Многие органические соединения, образующиеся в растениях, способны хорошо сохранять заключенную в них потенциальную энергию. Она высвобождается в процессах окисления, гидролиза, при распаде сложных веществ на более простые и т. д. Но освобождающаяся при этом энергия может, в свою очередь, быть использована для синтетических процессов в клетках, и это весьма характерно для обмена веществ. [c.16] Таким образом, поглощая энергию солнечных лучей, растения превращают ее в потенциальную энергию углеводов, белков, жиров и других органических соединений. Все эти вещества служат источником энергии, необходимой для жизнедеятельности как самого растения, так и других организмов. [c.16] Количество энергии, выделяемой при реакциях, протекаю- щих в живых организмах и осуществляемых в химических ла-Г бораториях совершенно одинаково. Так, при сжигании 1 грамм- 3 молекулы глюкозы на воздухе выделяется 686 ккал столько же энергии выделяется и при окислении глюкозы до СОг и НгО в живых организмах. Точно так же термодинамически равное количество энергии необходимо затратить, например, для восстановления нитратов до аммиака в растениях или в химической лаборатории, или для синтеза различных органических соединений на заводах, или в тканях живых организмов. [c.17] Химические реакции делятся на экзотермические и эндотермические. Первые протекают с выделением тепла в окружающую среду, вторые с поглощением. [c.17] Однако большее значение, чем теплота реакции, имеет изменение свободной энергии, выражающее максимальную механическую работу, которую можно совершить за счет энергии данной реакции. Изменение свободной энергии обозначают символом Д/ . Название свободная энергия указывает, что это количество энергии может быть получено из системы, если мы располагаем соответствующим аппаратом для ее полного использования. [c.17] Величины АР могут быть использованы для установления возможности самопроизвольного течения реакции или процесса. Если изменение свободной энергии для данной реакции. ю-ложителвно, то эта реакция не будет протекать самопроизвольно. Если изменение свободной энергии данной реакции отрицательно, то реакция может идти самопроизвольно. Реакции, идущие с увеличением свободной энергии, могут происходить в организмах, если это увеличение возмещается другими сопряженными реакциями, идущими с уменьшением свободной энергии. [c.18] В клетках живых организмов эндергонические реакции, связанные с затратой энергии, идут за счет химической энергии, освобождаемой при экзергоническом расщеплении молекул углеводов, жиров, белков и других веществ. Основные ироцес-сы требующие затрат энергии, — биосинтез более сложных молекул из более простых, выполнение механической работы (например, при сокращении мышцы), накопление веществ или их активный перенос против градиента химического потенциала , для растительных организмов главные реакции, протекающие с затратой энергии, — синтетические процессы. Экзергоническне и эндергонические процессы в клетках тесно взаимосвязаны, и-в большинстве случаев усиление синтетических реакций требует усиления процессов распада веществ, при которых выделяется энергия, необходимая для синтеза веществ. [c.18] В живых организмах все процессы обмена веществ, при которых выделяется энергия, можно разделить на три основные фазы. Процессы, которые происходят а этих фазах расщепления веществ, схематически представлены в таблице 1. [c.19] На первой фазе крупные молекулы органических соединений распадаются иа более мелкие. Сложные углеводы превращаются в более простые, белки —в аминокислоты, а жиры — в глицерин и жирные кислоты. Интересно отметить, что находящиеся Б растениях разнообразные углеводы, множество различных белков и жиров на этой фазе переходят в небольшое число более простых веществ. Углеводы дают лишь гексозы и пентозы, все белки распадаются до аминокислот (около 20), а из различных жиров образуются глицерин и несколько жирных кислот. [c.19] Вся эта энергия выделяется в виде тепловой энергии. Таким образо.м, на первой фазе выделяется лишь менее 1 % запаса свободной энергии веществ. [c.19] Вернуться к основной статье